Номер 3, страница 45 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Чем отличается тепловое расширение газов от теплового расширения твердых тел и жидкостей?

Тепловое расширение газов кардинально отличается от теплового расширения твёрдых тел и жидкостей по нескольким ключевым параметрам, которые обусловлены различиями в молекулярном строении этих состояний вещества.

Основные отличия можно свести к трём пунктам:

1. По величине расширения

   Газы расширяются при нагревании намного сильнее, чем твёрдые тела и жидкости. При одинаковом изменении температуры ($ \Delta T $) и одинаковом начальном объёме ($ V_0 $), изменение объёма газа ($ \Delta V_{газ} $) будет в сотни раз больше, чем изменение объёма жидкости ($ \Delta V_{жидк} $) или твёрдого тела ($ \Delta V_{тв} $). Это объясняется тем, что молекулы газа находятся на больших расстояниях друг от друга и слабо связаны межмолекулярными силами. Поэтому при увеличении их кинетической энергии они легко разлетаются, занимая значительно больший объём. В жидкостях и твёрдых телах частицы находятся близко друг к другу, и их взаимное отталкивание при нагреве приводит лишь к небольшому увеличению среднего расстояния между ними.

2. По зависимости от рода вещества

   Для твёрдых тел и жидкостей коэффициент теплового расширения является уникальной характеристикой вещества. Например, сталь, медь, стекло, вода, спирт — все они расширяются по-разному. Их расширение описывается формулой: $ \Delta V = \beta V_0 \Delta T $ где $ \beta $ — коэффициент объёмного теплового расширения, который для каждого вещества свой.

   В отличие от этого, все газы (в приближении идеального газа) расширяются одинаково, независимо от их химического состава. Коэффициент объёмного расширения для всех идеальных газов при постоянном давлении является универсальной величиной. Согласно закону Гей-Люссака, при нагревании на 1 Кельвин (или 1°C) объём любого газа увеличивается на $ \frac{1}{273.15} $ от его объёма при 0°C. Таким образом, коэффициент объёмного расширения для всех газов $ \gamma \approx \frac{1}{273.15} \text{ К}^{-1} $. Эта универсальность — фундаментальное отличие газов.

3. По зависимости от внешних условий (давления)

   Объём газа сильно зависит не только от температуры, но и от давления. Поэтому, говоря о тепловом расширении газа, необходимо уточнять, что давление остаётся постоянным (изобарный процесс). Изменение давления существенно влияет на объём газа. Для твёрдых тел и жидкостей их объём очень слабо зависит от внешнего давления (они практически несжимаемы), поэтому этим фактором при рассмотрении теплового расширения в обычных условиях пренебрегают.

Ответ: Тепловое расширение газов отличается от теплового расширения твёрдых тел и жидкостей тем, что: 1) газы расширяются при нагревании на порядки (в сотни раз) сильнее; 2) коэффициент теплового расширения является индивидуальной характеристикой для каждого твёрдого тела и жидкости, в то время как для всех газов он практически одинаков и не зависит от их химической природы.